[논문 리뷰] Three carbon-enhanced metal-poor dwarf stars from the SDSS - Chemical abundances from CO^5BOLD 3D hydrodynamical model atmospheres

N. T. Behara, P. Bonifacio외 4명|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 71인용 수 54

한 줄 요약

이 연구는 3D 유체역학적 CO 5 BOLD 모델 대기와 비국소 열역학 평형(NLTE) 보정을 사용하여 SDSS에서 유래한 세 개의 탄소 풍부한 금속 낮은(CEMP) 주계열 별에 대한 고해상도 스펙트로스코픽 원소 농도 분석을 제시한다. 두 개의 CEMP-r+s 별(SDSS J1349-0229 및 J0912+0216)을 특정하고, 세 번째 별(SDSS J1036+1212)은 CEMP-no/s 별로 확인하여 바륨은 높은 농도를 보이나 스트론티움은 빈약한 농도를 보이며, 이는 AGB 이배우에서의 질량 이행에 강력한 증거를 제공한다. 다만 리튬과 유로프루멘의 농도 이상 현상은 아직 설명되지 않았다.

ABSTRACT

The origin of carbon-enhanced metal-poor stars enriched with both s and r elements is highly debated. Detailed abundances of these types of stars are crucial to understand the nature of their progenitors. The aim of this investigation is to study in detail the abundances of SDSS J1349-0229, SDSS J0912+0216 and SDSS J1036+1212, three dwarf CEMP stars, selected from the Sloan Digital Sky Survey. Using high resolution VLT/UVES spectra (R ~ 30 000) we determine abundances for Li, C, N, O, Na, Mg, Al, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and 21 neutron-capture elements. We made use of CO^5BOLD 3D hydrodynamical model atmospheres in the analysis of the carbon, nitrogen and oxygen abundances. NLTE corrections for C I and O I lines were computed using the Kiel code. We classify SDSS J1349-0229 and SDSS J0912+0216 as CEMP-r+s stars. SDSS J1036+1212 belongs to the class CEMP-no/s, with enhanced Ba, but deficient Sr, of which it is the third member discovered to date. Radial-velocity variations have been observed in SDSS J1349-0229, providing evidence that it is a member of a binary system. The chemical composition of the three stars is generally compatible with mass transfer from an AGB companion. However, many details remain difficult to explain. Most notably of those are the abundance of Li at the level of the Spite plateau in SDSS J1036+1212 and the large over-abundance of the pure r-process element Eu in all three stars.

연구 동기 및 목표

• 탄소 풍부한 금속 낮은(CEMP) 별에서 관측된 s-과정 및 r-과정 원소의 핵합성 기원을 이해하기 위해.
• 이 별들이 탄소 풍부한 간성 우주 물질에서 형성되었는지, 또는 AGB 이배우에서의 질량 이행을 통해 형성되었는지에 대한 논의를 해결하기 위해.
• 최신 3D 유체역학적 모델 대기와 NLTE 보정을 사용하여 세 개의 새로 확인된 CEMP 별의 화학 조성을 규명하기 위해.
• 특히 희귀한 CEMP-no/s 별에 대해 관측된 농도 패턴을 바탕으로 AGB 질량 이행 시나리오를 검증하기 위해.

제안 방법

• 고해상도 VLT/UVES 스펙트럼(R ~ 30,000)을 사용하여 리튬, 탄소, 질소, 산소 및 21개의 중성자 포획 원소를 포함한 23개 원소의 농도를 측정하였다.
• 3D 유체역학적 CO 5 BOLD 모델 대기를 활용하여 탄소, 질소, 산소의 농도를 계산하여 1D 모델 대비 정확도를 향상시켰다.
• 비국소 열역학 평형 효과를 고려하기 위해 Kiel 코드를 사용하여 C I 및 O I 선에 대한 NLTE 보정을 계산하였다.
• 기원 별의 특성을 추론하기 위해 다양한 初기 질량와 금속성으로 설정된 이론적 AGB 핵합성 모델과 농도 패턴을 비교하였다.
• 궤도 변화를 탐지하기 위해 라디얼 속도 모니터링을 실시하여 AGB 질량 이행 가설을 지지하였다.
• 초기 질량를 제약하기 위해 [hs/ls] 비율과 [Ba/Eu] 농도 비율을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDSS J1349-0229, J0912+0216, J1036+1212에서 관측된 탄소와 중성자 포획 원소 농도 증가의 기원은 무엇인가요?
• RQ2 관측된 농도 패턴은 AGB 이배우에서의 질량 이행으로 설명될 수 있으며, 만약 그렇다면 기원 별의 初기 질량와 금속성은 어떻게 되는가요?
• RQ3 SDSS J1036+1212는 CEMP 별임에도 불구하고 낮은 탄소 농도를 보이며, 이는 다른 CEMP-no/s 별과 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ4 SDSS J1036+1212에서 관측된 비정상적으로 높은 리튬 농도는 어떻게 설명할 수 있으며, 이는 스파이트 플랫폼과 일치하는가요?
• RQ5 AGB 모델에서 r-과정 기여가 명백히 없음에도 불구하고, 세 별 모두에서 유로프루멘(Eu)이 1 dex 이상 초과 농도를 보이는 이유는 무엇인가요?

주요 결과

• SDSS J1349-0229와 SDSS J0912+0216는 강한 r-과정 및 s-과정 원소 농도 증가를 보이며 CEMP-r+s 별로 분류된다.
• SDSS J1036+1212는 CEMP-no/s 별로 확인되었으며, [Ba/Fe] = +1.17이며 스트론티움 농도가著명히 빈약하여, 지금까지 알려진 세 번째의 CEMP-no/s 별이다.
• SDSS J1349-0229에서의 라디얼 속도 변화는 이 별이 이중성 시스템임을 확인하여 AGB 이배우에서의 질량 이행 시나리오를 지지한다.
• SDSS J1036+1212의 [N/Fe] 비율은 +1.29이며, CS 29528-041보다 낮아, 낮은 初기 질량의 AGB 이배우(일반적으로 < 2 M☉)를 시사한다.
• SDSS J1036+1212의 리튬 농도는 스파이트 플랫폼과 일치하며, 이는 AGB 기원이 아닐 가능성이 있거나 정밀하게 조절된 리튬 생성을 의미하며, 아직 설명되지 않았다.
• 세 별 모두에서 유로프루멘의 농도가 크게 초과되어 ([Eu/Fe] > +1.0) 있어, 상당한 r-과정 기여가 있음을 시사하며, 이는 AGB 핵합성만으로는 설명하기 어려운 문제이다.